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Tecnologías xDSL

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  • 1. 1  Resumen: En este documento se dará a conocer uno de los métodos más utilizados para el acceso a internet que consiste en la utilización de un modem eligiendo uno de los tipos de conexión xDSL que pueden ser IDSL, ADSL, VDSL, HDSL, SDSL, RDSL… Estos conjuntos de tecnologías nos proveen de un gran ancho de banda permitiendo el flujo de información tanto simétrico como asimétrico de alta velocidad. Índice de Términos: Ancho de banda, Asimétrico, Información, Line, Par de cobre, Servicio, Simetría y Tecnología. Objetivó General: Saber el uso de las tecnologías xDSL y sus principales características en su funcionamiento. Objetivó Específico: estudiar cada una de las tecnologías xDSL. I. INTRODUCCIÓN En este documento se describirá los aspectos técnicos de las tecnologías utilizadas para poder proveer de servicios de banda ancha a través de par de cobre. Con el rápido crecimiento de internet en los últimos años, la cantidad de abonados que se conectan a internet a significativamente. Al principio, los usuarios se sorprendían por la riqueza de contenidos y la flexibilidad del servicio, factores que no se habían ofrecido hasta entonces. Pasado el primer momento y debido al incremento de usuarios y el desarrollo de nuevas aplicaciones con mayor demanda de velocidad de transmisión, las limitaciones del sistema de comunicaciones actual (a través del canal telefónico) provocan que éste sea insuficiente para satisfacer al abonado en sus crecientes necesidades de velocidad de transmisión o ancho de banda. Las tecnologías DSL tratan de dar solución a éste problema. Son capaces de transportar desde centenares de kilobits por segundo (Kbps) a decenas de megabits por segundo (Mbps). Los factores que impulsó el rápido desarrollo de la tecnología ADSL fue la amenaza que constituían las operadoras de cable, no hay que olvidar que ADSL se desarrolló en EEUU, donde el cable tiene un alto grado de penetración el 90% de los hogares tienen servicios de televisión analógica por cable. ADSL se desarrolló en 1989 en los laboratorios de Telcordia Technologies Inc., en Morristown (New Jersey), entonces conocida como Bellcore. En un principio ADSL se pensó para poder ofrecer vídeo bajo demanda. En 1995 la American National Standards Institute (ANSI) aprobó la primera versión de ADSL, la T1.413. La segunda versión se aprobó en 1998. En 1994 se conformó el ADSL Forum para promover el uso de esta tecnología. II. TECNOLOGÍA XDSL ORIGEN La red telefónica básica se creó para permitir las comunicaciones de voz a distancia. En un primer Momento (1.876 - 1.890), los enlaces entre los usuarios eran punto a punto, por medio de un par de Cobre (en un principio un único hilo, de hierro al principio y después de cobre, con el retorno por tierra) Entre cada pareja de usuarios. Esto dio lugar a una topología de red telefónica completamente mallada, tal y como se muestra en la Figura 1. RED xDSL (DigitalSubscriber Line)
  • 2. 2 Figura 1. Conexión mediante una red completamente mallada. Si se hacen las cuentas, esta solución se ve que es claramente inviable. Si se quiere dar servicio a una población de N usuarios, con este modelo completamente mallado, harían falta Nx (N - 1)/2 enlaces. Por esa razón se evolucionó hacia el modelo en el que cada usuario, por medio de un par de cobre se conecta a un punto de interconexión (central local) que le permite la comunicación con el resto. Figura 2. Conexión mediante una Red en estrella De este modo la red telefónica se puede dividir en dos partes. La estructura de la red telefónica mostrada en la Figura 2. Conexión mediante una red en estrella es la que básicamente hoy se sigue manteniendo. Lo único es que la interconexión entre las centrales se ha estructurado jerárquicamente en varios niveles dando lugar a una Red de Interconexión. De este modo, la red telefónica básica se puede dividir en dos partes: la Red de Acceso y la Red de Interconexión. Figura 3. El bucle de abonado es el par de cobre que conecta el terminal telefónico del usuario con la central local de la que depende. El bucle de abonado proporciona el medio físico por medio del cual el usuario accede a la red telefónica y por tanto recibe el servicio telefónico. La Red de Interconexión es la que hace posible la comunicación entre usuarios ubicados en diferentes áreas de acceso Como ya se ha indicado anteriormente, la red telefónica básica se ha diseñado para permitir las comunicaciones de voz entre los usuarios. Las comunicaciones de voz se caracterizan porque necesitan un ancho de banda muy pequeño, limitado a la banda de los 300 a los 3.400 Hz (un CD de un equipo de música reproduce sonido en la banda de los 0 a los 22.000 Hz). Es decir, la red telefónica es una red de comunicaciones de banda estrecha En los últimos años, la Red de Interconexión ha ido mejorando progresivamente, tanto en los medios físicos empleados, como en los sistemas de transmisión y equipos de conmutación que la integran. Los medios de transmisión han evolucionado desde el par de cobre, pasando por los cables de cuadretes y los cables coaxiales, hasta llegar a la fibra óptica, un medio de transmisión con capacidad para transmitir enormes caudales de información. Los sistemas de transmisión han pasado de sistemas analógicos de válvulas hasta llegar a sistemas de transmisión digitales. Por último, la capacidad de los equipos de conmutación empleados ha ido multiplicándose hasta llegar a centrales de conmutación digitales con capacidad para conmutar decenas de miles de conexiones a 64 Kbps. Con todos estos datos, parece que la Red de Interconexión está capacitada para ofrecer otros servicios además de la voz: servicios multimedia de banda ancha.
  • 3. 3 III. DSL La línea de abonado digital (DSL) es la solución de Red de Acceso de banda ancha elegida fundamentalmente por las compañías telefónicas. Esta tecnología surge a partir del hecho que los usuarios del servicio telefónico analógico actual ya tienen un par de cobre trenzado llegando hasta su domicilio particular/comercial. Si a partir de este desarrollo, ese cable puede ser usado para transmitir señales de banda ancha, la compañía telefónica puede convertirse en proveedor de otros servicios adicionales, comúnmente denominados servicios de valor agregado. Requieren de dos módems, uno ubicado en la casa del cliente y otro en la oficina de la compañía telefónica. Figura 4. Banda ancha sobre antiguo par de cobre. Tipos de DSL  HDSL: High Bitrate DSL  SDSL: Symmetric DSL  IDSL: ISDN DSL  ADSL: Asymmetric DSL  VDSL: Very High Bitrate DSL  CDSL: Consumer DSL (DSL Lite) Figura 5. Comparativa DSL ADSL La primera generación de módems ADSL era capaz de transmitir sobre el bucle de abonado un caudal de 1.536 Kbps en sentido Red Usuario (sentido "downstream" o descendente) y de 64 Kbps en sentido Usuario Red (sentido "upstream" o ascendente). Y todo ello sin interferir para nada en la banda de frecuencias vocal (de 0 a 4KHz), la que se usa para las comunicaciones de voz. De este modo sobre el bucle de abonado podrían coexistir dos servicios: el servicio tradicional de voz y nuevos servicios de transmisión de datos a gran velocidad. La asimetría de caudales del ADSL era y es idónea para el servicio al que inicialmente estaba destinado: la distribución de vídeo sobre el bucle de abonado. Pero el desarrollo de Internet, cuyo tráfico es también fuertemente asimétrico, siendo mucho mayor el caudal de información transmitido desde la red hacia el usuario que en sentido contrario, dio mayor impulso al ADSL. Figura 6. Figura-7.
  • 4. 4 RADSL Los problemas que han impactado en el desarrollo de xDSL, son las velocidades dependientes de la longitud del lazo de abonado, del diámetro del cable de cobre, las condiciones eléctricas de la línea y las condiciones ambientales. Todos estos parámetros varían de lazo en lazo, aunque están administrados por la misma central (CO). Para darle una solución a estos inconvenientes y facilitar la provisión de este servicio, se utiliza la técnica de adaptación de velocidad desarrollando una serie de tests automáticos de inicialización sobre los pares telefónicos antes de comenzar la transmisión de datos, para determinar la máxima tasa de transmisión que los pares pueden soportar, similar a los tests que realizan los módems analógicos. Esto le provee una performance óptima a cada uno de los enlaces. La capacidad de adaptación de velocidad de acuerdo al estado del lazo, proviene de la tecnología ADSL y se denomina RADSL. HDSL Fue la primer tecnología xDSL desarrollada para transmisión de alta velocidad, full dúplex, T1 y E1 sobre pares de cobre y la que ha estado disponible comercialmente desde varios años atrás. Utiliza un ancho de banda de transmisión que va desde 80 KHz a 240 KHz, sobre una distancia desde el abonado a la CO de 3500 m. en pares de cobre de 0.5 mm. de diámetro sin necesidad de utilizar repetidores, acondicionadores de lazo de abonado ó selección de pares. Desarrolla velocidades simétricas de 1.544 Mbps y 2.048 Mbps sobre dos pares de cobre (dos líneas de abonado) o tres pares. HDSL se utiliza típicamente en dos configuraciones: una en la cual el módem llega directamente al local del cliente, y otra llega a una terminación del plantel exterior de la cual salen las conexiones por pares trenzados al cliente. Como las características de los cables del plantel exterior del proveedor de servicios telefónicos varían ampliamente, el sistema HDSL deberá estar preparado como para compensar no sólo las diferencias en la atenuación, impedancia, etc., sino también los retardos diferenciales de transmisión entre los pares utilizados por el mismo equipo. Las señales son transmitidas en modo full dúplex ósea bidireccional en el mismo par de cables. Para estar de acuerdo con esto, los módems deben cumplir la función del transformador híbrido para separar las direcciones de transmisión y recepción. Para ayudar a diferenciar entre la transmisión del módem remoto y reflexiones de la propia transmisión de las irregularidades en el par trenzado debidas a las variaciones en las dimensiones del cable, se deben utilizar técnicas de cancelación de eco. Para aumentar la distancia que entre los equipos terminales, los fabricantes ofrecen regeneradores de línea compatibles con este sistema, que en general duplican la distancia máxima de alcance. A mediados de 1980 el Comité T1 de Estados Unidos, crea el estándar de interfaz “U”, usando cuatro niveles como código de línea, conocido como 2B1Q. Es una modulación PAM (Modulación por Amplitud de Pulsos) de cuatro niveles, sin redundancia, donde cada par de bits de información es convertida a un símbolo cuaternario, llamado quat (los bits tienen sólo dos niveles de señal, los quats asumen cuatro). Figura 8. Los niveles de tensión de la señal cuaternaria están simétricamente ubicados alrededor de 0 Volt, el nivel de tensión de pico especificada por los estándares HDSL es 2.64 V. En la figura siguiente podemos ver una secuencia de datos aleatoria codificada. Figura .9
  • 5. 5 Debido a la codificación adoptada, la tasa de símbolos en un enlace HDSL corresponde a la mitad de la tasa binaria. Tomando un vínculo contratado en 2 Mbps (2048 kbps) y considerando además el encabezado para propósitos de almacenamiento de datos, la tasa de símbolos requerida para operar en dos pares es 584 kbaudios (equivalente a 1168 kbps) por par de cobre. Debido a la reducción producida por la codificación, el máximo rango de velocidad que puede alcanzar un enlace HDSL se incrementa. Junto con el avance de las técnicas de procesamiento digital de señales implementadas en los sistemas HDSL, resulta en un sistema de transmisión de datos que puede operar en forma segura sobre pares trenzados comunes, no acondicionados, de bajo costo, superando muchas veces los rangos que pueden ser alcanzados por la transmisión directa de la señal E1. Aplicaciones típicas incluyen conexiones de redes PBX (Private Branch Exchange), radio-bases de telefonía celular, lazos con portadora digital, sistemas de enlaces de datos PaP (Punto a Punto), servidores de Internet y redes de datos privadas. La tecnología HDSL es la más madura de las DSL, con tasas que llegan hasta los megabits, se han encontrado nuevas aplicaciones especialmente para accesos de Internet, accesos de LAN remotas, aunque la tecnología ADSL es más apropiada en algunos de estos casos. SDSL También conocida como DSL simétrica, es la versión de HDSL de un solo par, y provee el mismo ancho de banda en ambas direcciones. SDSL opera sobre una línea telefónica normal, y puede soportar T1 ó E1 y POTS (Public Old Telephone Service) simultáneamente. Los sistemas comerciales actuales proveen tasas de 384 kbps, 768 kbps, 1.5Mbps (T1) y 2Mbps (E1). SDSL se utiliza en servicios tradicionales como FR (Frame Relay), líneasPaP contratadas, videoconferencias. La ventaja más significativa de SDSL es su aplicación sobre un único par telefónico que se adapta especialmente a clientes residenciales. Ofrece un potencial significativo en la reducción del costo de provisión de muchos servicios de red simétricos. Aunque los servicios simétricos (videoconferencias) se adaptan mejor para SDSL, no son aplicaciones de primera necesidad para la mayoría de los usuarios residenciales. Acceso a Internet y a LAN’s remotas son los servicios que estos usuarios utilizan con más frecuencia, pero que se aplican mejor a tecnologías asimétricas. Una aplicación que está creciendo con mucha rapidez es el Web Hosting, centralizando la información en servers, pero también con requerimientos de ancho de banda asimétricos. Hasta que el modelo de redes distribuidas, donde los usuarios tengan los sitios Web en sus servidores, inclusive en sus domicilios residenciales, sea una realidad, los requerimientos de ancho de banda simétricos no son necesarios. De cualquier modo una limitación de SDSL es la longitud del lazo comparada con ADSL, de hasta 3200 m., puede alcanzar tasas de hasta 6 Mbps, aunque en una sola dirección, sobre el mismo par telefónico. VDSL VDSL es un esquema de transmisión, similar a ADSL, a excepción de las velocidades de datos que son mucho mayores y las longitudes de lazo mucho menores. Servicios de telefonía analógica (POTS) también están incluidos como en el caso de ADSL. No existe aún un estándar para VDSL, pero las velocidades del canal downstream van desde 12.96 Mbps para pares de cobre de hasta 1200 m. de longitud a 51.84 Mbps para distancias de 350 m. Para el canal upstream las velocidades sugeridas van desde 1.6 Mbps a 2.3 Mbps. Aunque las longitudes de lazo son mucho menores que en ADSL, VDSL fue diseñado sólo para áreas densamente pobladas, donde la CO (Central Office) está ubicada muy cerca del cliente ó la fibra óptica termina en un distribuidor de cable muy cerca del área de servicio para mantener las distancias acotadas. Partiendo de la premisa que los lazos son de corta distancia, existen por lo tanto menores problemas de performance de la línea con la consiguiente reducción de costo de los módems VDSL respecto de los ADSL. Dejando de lado esta ventaja, VDSL impone el requerimiento de instalación de plantel de FTTC (Fiber to The Curb, ó fibra hasta el borde), considerada como solución costosa y de tecnología para el futuro, debido al desarrollo de infraestructura requerido.
  • 6. 6 ADSL G.Lite Los teléfonos no están preparados para recibir las frecuencias de hasta 1 MHz con que trabaja ADSL. Inversamente los módems ADSL no soportan muy bien las señales de baja frecuencia características del teléfono analógico. Como ya se explicó, para reducir la interferencia mutua entre el teléfono y el módem ADSL se instala un divisor de frecuencias o ‘splitter’ en ambos extremos del bucle de abonado, es decir en la central telefónica y en la vivienda. El divisor de frecuencias está formado por dos filtros, uno para las altas frecuencias y uno para las bajas, a los que se conecta respectivamente el teléfono y el módem ADSL. En la central telefónica la instalación del splitter no plantea problemas, pero en la vivienda su instalación aumenta de forma considerable los costos de instalación de un acceso ADSL. Por esta razón se ha desarrollado una versión de ADSL denominada ADSL G.Lite (También llamada ADSL Universal o ADSL ‘Splitterless’) que funciona sin necesidad del splitter en el lado de la vivienda; el del lado de la central telefónica se mantiene ya que su instalación no requiere el desplazamiento del técnico. Para reducir la interferencia producida entre el teléfono y el módem ADSL como consecuencia de la supresión del splitter se adoptan las siguientes medidas: ADSL2+ A principios de 2003 la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones) aprobó dos nuevos estándares, el G.992.3 y el G.992.4 para el desarrollo de lo que sería la nueva generación de ADSL. Las principales características de estos avances son la velocidad de conexión y un ahorro de energía. Posteriormente la ITU aprobó el estándar G.992.5, lo que hoy en día se conoce como ADSL2+ cuya principal novedad es su velocidad que alcanza los 24 Mbps de bajada. El estándar ADSL2+ es, como se dijo, una evolución del sistema ADSL que añade nuevas características y funcionalidades encaminadas a mejorar las prestaciones y la interoperabilidad y añade soporte para nuevas aplicaciones y servicios. El rango de frecuencia utilizado es de:  0 – 4 Khz. para el canal de voz.  25 – 500 Khz. para el canal de subida de datos.  550 Khz. – 2,2 Mhz. para el canal de bajada de datos. Figura 10. G. FAST Los miembros de la UIT han alcanzado la primera fase para la aprobación de G.fast, la nueva norma de banda ancha de la UIT capaz de lograr velocidades de acceso de hasta 1 Gbit/s con las líneas telefónicas existentes. En un radio de 250 metros desde un punto de distribución, las velocidades similares a las de la fibra de G.fast ofrecen a los proveedores de servicio una herramienta para complementar y seguir rentabilizando las estrategias de fibra hasta el hogar (FTTH) con las ventajas de autoinstalación por el cliente de ADSL2. Dentro de la arquitectura de fibra hasta el punto de distribución (FTTdp), G.fast combina los mejores aspectos de la fibra y de ADSL2. Los consumidores dispondrán de una solución inmediata, instalada por el usuario sin requerir asistencia de un técnico, pero equipada para dar soporte a servicios que hacen un uso intensivo del ancho de banda tales como la reproducción directa en línea Ultra-HD "4K" o "8K" y la TVIP, el almacenamiento avanzado basado en la nube y la comunicación por vídeo de alta definición (HD). Los aspectos de protocolo de la capa física de G.fast definidos en la Recomendación UIT-T G.9701 "Acceso rápido a terminales de abonado – Especificación de la capa física" han alcanzado el
  • 7. 7 punto de estabilidad necesario para iniciar el procedimiento de aprobación de la norma. Ahora, los fabricantes de chips incrementarán sus esfuerzos en materia de diseño y realización de pruebas, informando de los resultados de esta labor a la Comisión de Estudio 15 del UIT-T con miras a finalizar el proceso de aprobación de G.fast en abril de 2014. El Dr. Hamadoun I. Touré, Secretario General de la UIT, declaró: "Desde la ADSL en 1999 hasta G.fast en 2014, las soluciones DSL normalizadas de la UIT han multiplicado las velocidades de acceso por 125 a lo largo de los 15 últimos años. Cabe felicitar a los miembros de la UIT y a los ingenieros que trabajan en nuestras Comisiones de Estudio por su dedicación para lograr que las normas de la UIT sigan logrando el máximo beneficio de la inversión en la infraestructura de TIC tradicional." La Recomendación UIT-T G.9701 está encaminada para lograr la aprobación final junto con la UIT-T G.9700, en la que se especifican métodos para garantizar que los equipos G.fast no interfieran con servicios de radiodifusión tales como las radiotransmisiones en FM (se informó de la aprobación de la primera fase en un comunicado de prensa de la UIT que puede consultarse aquí). El proyecto G.fast ha sabido atraer la participación de muchos de los principales proveedores de servicios, fabricantes de chips y vendedores de sistemas. Las empresas implicadas en su desarrollo ya han confirmado la capacidad del gigabit por segundo de la norma a través de pruebas de laboratorio y sobre el terreno utilizando prototipos basados en las últimas versiones de texto de la norma. Los proveedores de servicio se beneficiarán de una optimización de las operaciones, la administración y la gestión, de la facilidad para las migraciones a G.fast, y una aceleración de los periodos de implantación de los nuevos servicios. G.fast se ha concebido para que coexista con VDSL2, permitiendo a los proveedores de servicio jugar con las fortalezas de cada una de estas normas en distintos entornos; cambiando a los clientes entre G.fast y VDSL2 con arreglo a modelos de negocio dinámicos. La norma vendrá a completar las estrategias de FTTH, respondiendo a los numerosos escenarios en que G.fast es más eficaz en función de los costes que la FTTH. CONCLUCIONES G. Fast garantizara la salvación de esa muerte en picada que llevaba el par de cobre junto a los medios de transmisión como F.O y coaxial. Al parecer con las altas velocidades que alcanzara la tecnología DSL tendremos muchos más de los servicios que puede ofrecer el operador de cable. DSL desde 1989 ha facilitado la llegada de distintos servicios al hogar y ahora en 2014 estará más vivo que nunca.